Исследователи считают, что ход внут риклеточных часов

РАССЛЕДОВАНИЕ
6
ПЯТОЕ ИЗМЕРЕНИЕ №2 ИЮЛЬ 2002
БИОЛОГИЧЕСКИЕ
ЧАСЫ
Исследователи считают, что ход внут
риклеточных часов определяется су
точным вращением Земли.
Так ли это?
В XVIII веке было естественно работать в
разных научных направлениях. Ученый сек
ретарь Парижской Королевской Академии
наук де Мэран был астрономом и матема
тиком. Он поддерживал переписку со мно
гими выдающимися исследователями раз
ных стран. Тогда не было журналов, и о на
учных результатах сообщали друг другу в
письмах и обобщали их в мемуарах и дис
сертациях. В 1729 году де Мэран сообщил о
замечательном наблюдении.
Ночью фасоль опускает листья, а перед
рассветом поднимает. Эти "никтинастичес
кие" движения листьев заметил де Мэ
ран. И сделал важнейший опыт.
Он поместил фасоль в тем
ную комнату, и в темно
те днем и ночью наблюдал,
на
ощупь, как
движутся
листья.
Дви
же
Известно,
что пчелы и
птицы вносят
поправки на
движение Солнца
или вращение
звездного неба,
вращение Земли, с
точностью порядка
минут. Какие “сигналы
точного времени"
получают живые
организмы, и чем они их
воспринимают?
ние листьев продолжалось в полной темно
те! Листья поднимались, когда за стенами
комнаты наступал день, и опускались,
когда наступала ночь…
Как листья определяют, что там, "на
воле", день? Как они определяют, что
наступила ночь? Что за "часы" в них
встроены?
А, может быть, фасоль чувствует
изменения температуры? Такой
вопрос задал себе Дюмель и в
1758 году повторил опыты де
Мэрана. Он поместил растения
в глубокую пещеру во мрак,
где температура была неиз
менна и днем и ночью. Дви
жения листьев продолжа
лись. Постепенно, через
много дней, эти движения
затухли. Но о, неожидан
ность! от короткой вспыш
ки света движения возоб
новились! Впечатление бы
ло такое, что все это время
"часы" шли… только листья
стрелки не двигались.
Прошло 270 лет с откры
тия де Мэрана. Считается,
что проблема биологичес
ких часов трудами десятков
выдающихся исследовате
лей разных специальностей уже близка к
разрешению. Но так ли это? Что знают уче
ные о биологических часах?
Установлены некоторые точные факты.
Например.
Известно, что "биологические часы" есть
в каждой клетке.
Что в многоклеточных организмах все
"часы" всех клеток идут согласовано и обра
зуют единую, причем иерархическую, сис
тему. "Часы" отдельных клеток управляются
"часами" органа. "Часы" всех органов наст
раиваются по "часам" центральной нервной
системы. А в ней в мозгу есть главные
"часы" организма!
Знают также, что биологические часы "ак
тивны" в отличие от, например, солнечных
часов, т.е. они "идут сами". Как будто внут
ри каждой клетки есть свой "маятник", от
меривающий единицы времени.
Знают, что "часовой механизм" передает
ся по наследству в клетках есть гены часов.
Знают, что во внутриклеточных часах
можно "подводить стрелки". Но в отличие
от искусственных, рукотворных часов, это
можно делать не как захочется и не навсег
да.
Итак. О биологических часах известно
многое. Но есть некоторые факты, которые,
попрежнему, ставят в тупик ученых всего
мира…
Передадим слово Симону Эльевичу
Шнолю известному исследователю, био
логу, физику, математику, положившему
более 30 лет на исследование физикобио
логических процессов, происходящих в
живых организмах и в биосфере Земли.
Мы в основном понимаем, зачем
нужны в клетках часы. Ясно, что для со
гласования жизнедеятельности со сме
ной дня и ночи, то есть в качестве при
способления к вращению Земли вокруг
своей оси. В качестве приспособления к
смене темного и светлого времени. А
поскольку в средних и высоких широтах
соотношения светлого и темного време
ни в течение года неодинаковы, часы
необходимы и для приспособления к
смене сезонов, то есть для приспособле
ния к наклону Земной оси относительно
плоскости околосолнечной орбиты. Тут
мало измерить соотношение светлого и
темного времени суток, нужно еще
знать, растет или убывает день (ночь) иначе можно спутать весну и осень.
Часы нужны и тем, кто должен учиты
вать лунные ритмы. Это, прежде всего,
обитатели приливных зон побережья
океанов. Время "высокой воды" или
"низкой воды" изменяется изза несо
впадения лунных и земных суток. Учет
сдвига времени приливов и отливов не
возможен без точных внутренних часов.
Понятно и назначение иерархическо
го подчинения часов в многоклеточном
организме организм должен функци
онировать как целое. А если функции
органов и тканей несогласованы это
ужасно! это болезни разных видов.
Без часов нельзя решать задачи нави
гации по Солнцу или звездам. Заметив,
что богатые нектаром цветущие расте
ния растут в направлении под опреде
ленным углом относительно Солнца,
пчелы при повторном полете за некта
ром должны делать поправку на движе
ние Солнца. Для этого нужны часы. Пче
лы умеют это делать. Умеют вносить по
правку на время суток и птицы, ориен
тируясь в перелетах ночью по звездам
или днем по Солнцу.
Но не все тут понятно! Зачем морским
одноклеточным например, пиридине
ям или гониаулаксу знать, что наступи
ла ночь? Они светятся ночью и не све
Симон Эльевич Шноль,
профессор Московского
государственного уни
верситета им. М.В. Ломо
носова, зав. лаборатори
ей физической биохимии
Института теоретической
и экспериментальной би
офизики РАН (Пущино),
доктор
биологических
наук,
действительный
член Российской Акаде
мии естественных наук.
Область интересов: коле
бательные процессы в
биологических системах,
теория эволюции, космо
физические корреляции
биологических и физико
химических процессов,
история науки.